[發明專利]一種基于直流電位技術同聲發射技術相結合的斷裂試驗起裂載荷確定方法

在審

• 申請號: 201710448049.7
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107422041A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 徐連勇;王浩;韓永典;荊洪陽
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N27/20
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙)12214
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明屬于材料科學領域，尤其是一種基于直流電位技術同聲發射技術相結合的斷裂試驗起裂載荷確定方法。

背景技術

聲發射(Acoustic Emission,簡稱AE)是材料或者結構在外力或者內力作用下，產生變形或損傷的同時，以彈性波的形式釋放出部分應變能的一種自然現象，是材料內部由于不均勻的應力分布所導致的由不穩定的高能態向穩定的低能態過渡時產生的松弛過程，聲發射技術是根據材料或者結構內部發出的這種彈性波來判斷材料或者結構內部損傷程度變化的一種無損檢測方法。由于聲發射技術可以進行實時監測的優點，使其在斷裂韌性中關于對裂紋開裂載荷確定方面有了很大的應用。許多研究者也將聲發射技術應用到了很多材料的斷裂韌性實驗中。Roy研究了四種材料斷裂韌性測試過程中聲發射信號特征，得出裂紋起裂點主要特征是高幅值，同時伴有能量累計、計數累計曲線斜率的突然升高。Arli也認為裂紋的起裂點可以通過計數和COD曲線斜率的轉折點得出。所以，綜上所述，斷裂韌性實驗過程中，主要是從累計能量、累計時間的斜率轉變或者高幅值信號的出現，來判斷裂紋開裂點。由于聲發射信號易受很多噪聲信號的影響，這些研究，并沒有通過其他有效的監測方法證明這些信號的突然變化即為裂紋起裂引起，而非環境噪聲或其他因素引起，因此在工程中沒有較強的說服力。

因此，需要一種同聲發射技術相結合的監測方法，來驗證通過聲發射信號的變化確定斷裂韌性起裂載荷的準確性，從而使聲發射結果具有更強的說服力。

發明內容

本發明克服了現有技術中的缺點，提供一種更加準確地基于直流電位技術同聲發射技術相結合的斷裂試驗起裂載荷確定方法。利用聲發射技術，通過監測和分析X100管線鋼在斷裂韌性實驗過程中的聲發射特征，得出計數累計、能量累計斜率的轉折及較高幅值出現時的時刻，確定起裂時刻，同時使用直流電位技術監測試樣兩端電壓變化，通過將起裂時刻聲發射信號特征同直流電位電壓變化相比較，來驗證聲發射結果的準確性，增強結果的說服力。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于直流電位技術同聲發射技術相結合的斷裂試驗起裂載荷確定方法，按照下列步驟進行：

步驟一、將待測樣品切割成三點彎試樣，在高頻疲勞機上預制出疲勞裂紋；

步驟二、將聲發射儀器的傳感器同試樣間用真空機進行耦合，同時用膠帶和皮筋將其固定于三點彎試樣的一側；設定聲發射儀器中聲發射檢測系統參數；

步驟三、在裂紋嘴兩端2mm處及試樣兩端分別與導線相連，裂紋嘴兩端導線與電壓記錄裝置相連，實時記錄電壓示數，試樣兩端導線與恒流源相連；

步驟四，將引伸計卡在三點彎試樣刀口上，用來測量試驗過程中裂紋嘴張開位移，對三點彎試樣施加載荷，試驗的同時對聲發射信號進行采集，主要包括計數累計，能量累計，幅值三個特征參數，對直流電位電壓變化進行記錄；

步驟五，分析聲發射信號，找出第一個高幅值出現及計數累計和能量累計斜率突然升高的時刻，初步判定此時刻即為X100管線鋼裂紋起裂時刻；

步驟六，將聲發射信號同直流電位電壓數值及電壓的一階導數數值相結合，分析聲發射方法初步確定的裂紋起裂時刻，電壓及其導數的變化，驗證聲發射結果的準確性；

步驟七，利用PV曲線得到開裂時刻的裂紋嘴張開位移和開裂載荷。

在上述技術方案中，在步驟一中，所述的待測樣品為X100管線鋼。

在上述技術方案中，在步驟一中，所述的疲勞裂紋的寬度為1-2mm。

在上述技術方案中，在步驟二中，所述的聲發射檢測系統參數為：采樣率1MSPS，采樣長度1K，前置放大器放大倍數40dB，幅值門檻值40dB。

在上述技術方案中，在步驟三中，所述的恒流源的恒電流大小為15A。

在上述技術方案中，在步驟四中，所述施加載荷的試驗速度為1mm/min。

與現有技術相比，本發明的有益效果：本發明的基于直流電位技術同聲發射技術相結合的斷裂試驗起裂載荷確定方法同現有的單純聲發射技術相比較，排除了由于環境因素或者其他因素造成聲發射信號突變的可能性，驗證了聲發射結果的準確性，使結果具有更強的說服力。

附圖說明

圖1是本發明中采用的三點彎試樣尺寸和聲發射傳感器、直流電位安裝位置示意圖。

圖2是試驗過程時，聲發射信號能量累計和幅值變化情況。

圖3是試驗過程中，聲發射信號計數累計和幅值變化情況。